JP3931296B2 - 4-DOF parallel robot - Google Patents

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JP3931296B2
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浩充 太田
フランソワ・ピエロ
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株式会社ジェイテクト
フランソワ・ピエロ
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、四自由度パラレルロボットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、四自由度パラレルロボットは、特開2001−88072号公報に開示されている。この四自由度パラレルロボットを図8に示す。図8に示すように、トラベリングプレート4は、主要部材41と、一対の連結部材42と、主要部材41の両端に各連結部材42の中間部を垂直軸回りに回転可能に接続する一対のピボット43とから構成されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−88072号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の四自由度パラレルロボットは、以下の問題が生じる。まず、図9(a)に示すように、主要部材41を回転させるに従って、連結部材42間の距離が短くなる。このように主要部材41の回転角によって連結部材42間の距離が変化することは、機械特性を大きく変化させることになる。機械特性の大きな変化は、制御性を悪化させる原因となる。また、図9(b)に示すように、主要部材41を大きく回転させた場合には、連結部材42が干渉するおそれがある。そのため、連結部材42が干渉しないように、主要部材(回転部)41の回転角を制限する必要が生じる。また、四組のロッド部材3のトラベリングプレート4への取付方向は、特異点を回避するために適切な方向としなければならない。そのため、設計の自由度が少なくなる。さらに、主要部材41の位置角度制御は、特別な場合を除いて、順運動学が解析的な形で確立されていないために順運動学の収束計算を行うことになり、計算時間が長くなり制御性を悪化させる原因となる。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、制御性を向上させると共に、回転部の回転角の制限を低減し、さらにロッド部材のトラベリングプレートへの取付方向の設計自由度を大きくすることができる本自由度パラレルロボットを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の四自由度パラレルロボットは、基台と、四つのアクチュエータと、四組のロッド部材と、トラベリングプレートとを備える。ここで、アクチュエータは、基台に固定された固定部とこの固定部に枢支された可動部とを有する。ロッド部材は、一端側が各アクチュエータの可動部に揺動回転可能な第1回転ジョイントを介して連結されている。トラベリングプレートは、プレート部と、回転部とを有する。プレート部は、各ロッド部材の他端側に揺動回転可能な第2回転ジョイントを介して連結され、基台に対して直交三軸方向に移動可能な部材である。回転部は、プレート部に支持され、基台に対して所定の軸回りに回転可能な部材である。
【0007】
そして、本発明の特徴的な構成は、前記プレート部は、第1プレート部と、第2プレート部と、直動ジョイントとを備えてなり、前記回転部は回転手段を備えたことである。第1プレート部は、四組のロッド部材のうち二組のロッド部材の他端側が第2回転ジョイントを介して連結されたプレートである。第2プレート部は、四組のロッド部材のうち他の二組のロッド部材の他端側が第2回転ジョイントを介して連結され、回転部を回転可能に支持するプレートである。直動ジョイントは、第1プレート部と第2プレート部とを相対平行移動可能に連結されたジョイントである。回転手段は、第1プレート部と第2プレート部との相対平行移動により回転部を所定の軸回りの回転駆動を行う手段である。
【0008】
つまり、回転部を回転させる場合には、第1プレート部と第2プレート部とは相対的に平行移動する。従って、第1プレート部と第2プレート部との間の距離は、常に一定に保持される。これにより、以下の効果を奏する。まず、従来図8に示す連結部材42間の距離が短くなることにより大きく変化していた機械特性が、本発明によればほとんど変化しない。その結果、制御性が向上する。さらに、従来は連結部材42の干渉の問題が生じていたが、本発明によれば第1プレート部と第2プレート部とは干渉することがない。その結果、干渉による回転部の回転角を制限することがなくなる。さらに、特異点による四組のロッド部材のトラベリングプレートへの取付方向の制約が少なく、該取付方向の設計自由度が大きくなる。例えば、ロッド部材を対称な方向となるように取り付けることもできる。さらに、順運動学が解析的な形で求めることができるため、計算時間が短くなり、その結果制御性が向上する。
【0009】
なお、前記回転手段は、回転部の外周側に配設されたピニオンギヤと、第1プレート部の回転部側に配設されピニオンギヤに噛合するラックギヤとからなるようにしてもよい。すなわち、この場合における回転手段は、ラックピニオン機構となる。これにより、回転を確実に伝達できると共に、回転部の回転角制御を正確に行うことができる。さらに、歯数比を変更することによって回転速度を自由に変更することができる。また、従来の構成に比べて、耐久性を向上させることができる。
【0010】
また、前記回転手段は、回転部の外周面に巻回され両端側が第1プレート部に固定されたケーブルであるようにしてもよい。すなわち、この場合における回転手段は、ケーブルホイール機構となる。なお、ケーブルと回転部との摩擦力により回転部が回転することになる。このように、ケーブルのみにより回転部を回転させることができるため、歯車のようなバックラッシュがほとんどなく、回転部の回転運動を静かにでき、さらに、非常に低コスト化を図ることができる。
【0011】
また、本発明の四自由度パラレルロボットは、基台と、四つのアクチュエータと、四組のロッド部材と、トラベリングプレートとを備える。そして、本発明の特徴的な構成は、前記プレート部は、第1プレート部と、第2プレート部と、第3プレート部と、第1直動ジョイントと、第2直動ジョイントとを備えてなり、前記回転部は、回転手段を備えたことである。ここで、第1プレート部は、四組のロッド部材のうち二組のロッド部材の他端側が第2回転ジョイントを介して連結されたプレートである。第2プレート部は、四組のロッド部材のうち他の二組のロッド部材の他端側が第2回転ジョイントを介して連結されたプレートである。第3プレート部は、回転部を回転可能に支持するプレートである。第1直動ジョイントは、第1プレート部と第3プレート部とを相対平行移動可能に連結されたジョイントである。第2直動ジョイントは、第2プレート部と第3プレート部とを相対平行移動可能に連結されたジョイントである。回転手段は、第1プレート部と第3プレート部との相対平行移動及び第2プレート部と第3プレート部との相対平行移動により、回転部を所定の軸回りの回転駆動を行う手段である。
【0012】
つまり、回転部を回転させる場合には、第1プレート部と第2プレート部とは、第3プレート部を介して相対的に平行移動する。従って、第1プレート部と第2プレート部との間の距離は、常に一定に保持される。これにより、上述した効果と同様の効果を奏する。加えて、第1プレート部と第2プレート部とを同一形状に形成することができるため、動作バランスをとることができ、制御性がより向上する。さらに、第1プレート部と第2プレート部とを同一形状に形成することは、製造コストを低減することにもつながる。
【0013】
なお、前記回転手段は、回転部の外周側に配設されたピニオンギヤと、第1プレート部及び/又は第2プレート部の回転部側に配設されピニオンギヤに噛合するラックギヤとからなるようにしてもよい。すなわち、この場合における回転手段は、ラックピニオン機構となる。これにより、回転を確実に伝達できると共に、回転部の回転角制御を正確に行うことができる。さらに、歯数比を変更することによって回転速度を自由に変更することができる。また、従来の構成に比べて、耐久性を向上させることができる。なお、ラックギヤは、第1プレート部と第2プレート部の双方に配設してもよいし、第1プレート部と第2プレート部の何れか一方に配設してもよい。ラックギヤを双方に配設した場合には、回転角制御がより正確に行うことができる。
【0014】
また、前記回転手段は、回転部の外周面に巻回され両端側が第1プレート部に固定された第1ケーブルと、回転部の外周面に巻回され両端側が第2プレート部に固定された第2ケーブルとからなるようにしてもよい。すなわち、この場合における回転手段は、ケーブルホイール機構となる。なお、ケーブルと回転部との摩擦力により回転部が回転することになる。このように、ケーブルのみにより回転部を回転させることができるため、歯車のようなバックラッシュがほとんどなく、回転部の回転運動を静かにでき、さらに、非常に低コスト化を図ることができる。
【0015】
また、上述した四組のロッド部材のうち少なくとも三組のロッド部材は、平行リンクを構成する互いに平行な二本のロッドからなり、各ロッドは、一端側がアクチュエータに連結され、他端側がトラベリングプレートに連結されるようにしてもよい。また、少なくとも第1回転ジョイントと第2回転ジョイントのうち何れか一方はボールジョイントとしてもよい。これらにより、確実に回転部が四自由度を有するようにすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【0017】
(第1実施形態)
本実施形態における四自由度パラレルロボットの全体構成図を図1に示す。図1に示すように、四自由度パラレルロボットは、基台1と、四組のアクチュエータ2と、四組のロッド部材3と、トラベリングプレート4と、エンドエフェクタ5(図2に示す)とを有する。
【0018】
基台1は、平面形が略長方形の剛性の高い金属板又はフレームであって、水平に配設されている。四つのアクチュエータ2は、リニアモータからなり、2本のレール部(固定部)21と、4つの移動子(可動部)22とから構成されている。各レール部21は、図1の左右方向の水平方向に平行に延在して基台1に固定され、交互に着磁されている。移動子21は、レール部21の下方側にレール部21に沿って移動し、内部には電磁コイルを有している。なお、移動子22は四つ存在しており、レール部21の各レールには、2つの移動子22が取り付けられている。すなわち、一つのアクチュエータ2とは、一つのレール21と一つの移動子22とを意味する。そして、このアクチュエータ2は、制御装置(図示せず)によってそれぞれ独立して制御される。
【0019】
四組のロッド部材3は、一対のロッド31と、上端部材32と、ボールジョイント(第1回転ジョイント)33と、下端部材34と、ユニバーサルジョイント(第2回転ジョイント)35とから構成される。上端部材32は、各アクチュエータ2の移動子(可動部)22に連結固定されている。一対のロッド31は、互いに平行に配設された平行リンクを構成している。この各ロッド31の一端側は、ボールジョイント33を介して揺動回転自在に上端部材32に連結されている。一方、各ロッド31の他端側は、ユニバーサルジョイント35を介して揺動回転自在に下端部材34に連結されている。すなわち、各ロッド31、上端部材32及び下端部材34とにより、平行四辺形が常に形成されている。なお、上端部材32と下端部材34は、同一の長さからなる。また、下端部材34は、トラベリングプレート4に連結されている。
【0020】
トラベリングプレート4は、図2及び図3を参照して説明する。図2は、トラベリングプレート4の底面方向から見た斜視図である。図3は、トラベリングプレート4の底面方向から見た模式図である。図2及び図3に示すように、トラベリングプレート4は、主要部材41と、連結部材42,43と、直動ジョイント44,45と、回転部材(回転部)46と、ラックギヤ(回転部、回転手段)47,48と、ピニオンギヤ(回転部、回転手段)49とから構成される。
【0021】
主要部材(第3プレート部)41は、ほぼ矩形形状からなり、中央には貫通孔が形成されている。連結部材42,43(第1連結部材(第1プレート部)42、第2連結部材(第2プレート部)43)は、略二等辺三角形形状からなり、第1連結部材42と第2連結部材43の底辺が対向するように配設されている。そして、第1連結部材42と第2連結部材43の他の辺には、それぞれ下端部材34が固定されている。具体的には、2組の下端部材34が、第1連結部材42の上記底辺を除く2辺に取り付けられ、残りの2組の下端部材34が、第2連結部材43の上記底辺を除く2辺に取り付けられる。すなわち、第1及び第2連結部材42,43は、ユニバーサルジョイント35を介して各ロッド31に対して揺動回転可能となる。
【0022】
そして、直動ジョイント44,45は、固定レールとこの固定レール上をスライドするスライダとからなり、主要部材41と各連結部材42,43とを連結している。具体的には、第1直動ジョイント44の固定レールが、第1連結部材42の図1における下方側に取り付けられ、第1直動ジョイント44のスライダが主要部材41の図1における上面側に取り付けられている。すなわち、主要部材41は、第1連結部材42に対して相対平行移動可能となる。また、第2直動ジョイント45の固定レールが、第2連結部材43の図1における下方側に取り付けられ、第2直動ジョイント45のスライダが主要部材41の図1における上面側に取り付けられている。すなわち、主要部材41は、第2連結部材43に対して相対平行移動可能となる。つまり、第1連結部材42と第2連結部材43とは、直動ジョイント44,45と主要部材41とを介して相対平行移動する。
【0023】
そして、回転部材46は、主要部材41の貫通孔に軸受(図示せず)を介して回転可能に軸支されている。すなわち、回転部材46は、Z軸回り(図1における上下方向回り)に回転可能となる。
【0024】
第1ラックギヤ47は、第1連結部材42の第2連結部材43に対向する側に固定されている。また、第2ラックギヤ48は、第2連結部材43の第1連結部材42に対向する側に固定されている。そして、ピニオンギヤ49は、回転部材46の外周側に固定され、第1ラックギヤ47及び第2ラックギヤ48と噛合している。つまり、第1連結部材42と第2連結部材43が相対平行移動した場合に、第1及び第2ラックギヤ47,48とピニオンギヤ49を介して、回転部材46が回転する。
【0025】
エンドエフェクタ5は、図2に示すように、トラベリングプレート4の回転部材46の下端側に固定されている。このエンドエフェクタ5は、四自由度パラレルロボットの用途に応じて交換可能であり、エンドエフェクタ5への制御信号および動力の供給は、図示しない信号線および動力線を介して供給される。信号線および動力線は、基台1から適正に支持されてつり下げられていてもよいし、いずれかのアーム23および平行リンク3に沿って配設されていても良い。なお、エンドエフェクタ5としては、例えば、ワークを移送したり所定位置に支持したりするためのハンドリング装置や、ワークに機械加工を加えるための工作機械の工具などである。
【0026】
ここで、トラベリングプレート4に取り付けられた平行リンク3の下端部材34の方向は、図3に示すように、直動ジョイント44,45の固定レールの長手方向を基準として、45°,135°,225°,315°の方向としている。ただし、これらの方向には限られることなく、あらゆる方向に取り付け可能である。
【0027】
次に、このように構成された四自由度パラレルロボットの動作について説明する。まず、エンドエフェクタ5の回転角θが0°であって、基台1に対して直交三軸方向に移動する場合について説明する。なお、この場合、エンドエフェクタ5は回転しないので、回転部46を回転させる必要はない。従って、第1連結部材42と第2連結部材43の相対位置は固定されている。
【0028】
そして、エンドエフェクタ5の位置に基づいて、移動子22の位置を制御装置(図示せず)により演算する。演算された移動子22の位置に基づいて各移動子22がレール部21に沿って水平移動する。そして、各移動子22の移動により、平行リンク3を介してトラベリングプレート4が移動して、エンドエフェクタ5を所定位置に移動させる。なお、この場合、エンドエフェクタ5は常に下方側を向いた状態で移動する。
【0029】
また、エンドエフェクタ5の回転角θが0°でない場合には、その回転角θに応じて第1連結部材42と第2連結部材43の相対位置が変化する。ここで、図3において、第1連結部材42が第2連結部材43に対して左側に移動した場合は、第1及び第2ラックギヤ47,48とピニオンギヤ49を介して、回転部材46は左回りに回転する。つまり、エンドエフェクタ5の回転角θとエンドエフェクタ5の位置とに基づいて、移動子22の位置を制御装置により演算する。そして、上述と同様に、制御装置にて演算された移動子22の位置に基づいて、トラベリングプレート4が移動する。
【0030】
このように、エンドエフェクタ5の回転角θが0°でない場合であっても、第1連結部材42と第2連結部材43は、常に一定距離を保持している。これにより、エンドエフェクタ5の作動範囲は、エンドエフェクタ5の回転角θが0°の場合は従来と同様であるが、エンドエフェクタ5の回転角θが大きくなるにつれて従来に比べて差が生じてくる。具体的には、本実施形態の四自由度パラレルロボットも従来の四自由度パラレルロボットも、エンドエフェクタ5の回転角θが大きくなるつれて作動範囲は狭くなる。しかし、従来のエンドエフェクタ5の作動範囲の減少量に比べて本実施形態のエンドエフェクタ5の作動範囲の減少量は少ない。
【0031】
さらに、第1連結部材42と第2連結部材43は、常に一定距離を保持しているので干渉することがない。つまり、従来は干渉することにより作動範囲を制限していたが、その必要がない。直動ジョイント44,45とラックギヤ46,47の長さにより、自由に調整することができる。また、上述したように、トラベリングプレート4に取り付けられた平行リンク3の下端部材34の取付方向は、自由に選択することができるので、設計自由度が増加する。さらに、順運動学が解析的な形で求めることができるので、計算時間が短くなり、その結果制御性を向上させることができる。
【0032】
なお、リニアモータからなるアクチュエータ2の各レール部21が、水平方向に長く延在して互いに平行であるので、トラベリングプレート4は、レール部21の存在する限りレール部21に沿って移動させることができる。その結果、トラベリングプレート4の移動範囲が、レール部22に沿った水平方向に極めて長く拡大されるという効果を奏する。
【0033】
また、平行リンク3の上端部材32の位置が水平方向のみの移動となり、上下方向に移動しないので、単純なリンク機構となる。そのため、トラベリングプレート4の目標位置からリニアモータからなるアクチュエータ2の移動子22の目標位置を算出する座標変換の演算処理アルゴリズムがより簡素化し、制御装置の演算負荷が減少させることにつながる。
【0034】
(実施形態1の変形態様)
上記実施形態1においては、アクチュエータ2として、リニアモータを用いたが、これに限られるものではない。例えば、四自由度パラレルロボットの全体構成が図4に示す構成としてもよい。ここで、図4に示す四自由度パラレルロボットの構成について説明する。
【0035】
図4に示す四自由度パラレルロボットは、基台1’と、四組のアクチュエータ2’と、四組のロッド部材3と、トラベリングプレート4と、エンドエフェクタ5(図2に示す)とを有する。
【0036】
基台1’は、平面形が略正八角形の剛性の高い金属板であって、水平に配設されており、上面側がフレーム(図示せず)に固定されている。四つのアクチュエータ2’は、ブラケット(固定部)21’と、回転モータ22’と、回転軸23’と、アーム(可動部)24’とから構成される。ブラケット21’は、基台1’の下面側に、それぞれ所定の位置に所定の角度で固定されている。回転モータ22’は、サーボモータであって、ブラケット21’に固定されており、制御装置(図示しない)によってそれぞれ独立して制御される。回転軸23’は、ブラケット21’に回転自在に軸支され、回転モータ22’の駆動により回転する。アーム24’は、一端側が回転軸23’のほぼ中央に連結固定されており、他端側がロッド部材3に連結されている。このアーム24’は、回転軸23’の回転に伴って所定の角度範囲で揺動する。
【0037】
四組のロッド部材3は、上記実施形態と同様の構成からなり、一対のロッド31と、上端部材32と、ボールジョイント(第1回転ジョイント)33と、下端部材34と、ユニバーサルジョイント(第2回転ジョイント)35とから構成される。上端部材32は、各アクチュエータ2’のアーム(可動部)24’の他端側に連結固定されている。一対のロッド31は、互いに平行に配設された平行リンクを構成している。この各ロッド31の一端側は、ボールジョイント33を介して揺動回転自在に上端部材32に連結されている。一方、各ロッド31の他端側は、ユニバーサルジョイント35を介して揺動回転自在に下端部材34に連結されている。すなわち、各ロッド31、上端部材32及び下端部材34とにより、平行四辺形が常に形成されている。なお、上端部材32と下端部材34は、同一の長さからなる。また、下端部材34は、トラベリングプレート4に連結されている。
【0038】
そして、トラベリングプレート4及びエンドエフェクタ5は、上記実施形態と同一であるので説明を省略する。
【0039】
次に、このように構成された四自由度パラレルロボットの動作について説明する。まず、エンドエフェクタ5の回転角θが0°であって、基台1に対して直交三軸方向に移動する場合について説明する。なお、この場合、エンドエフェクタ5は回転しないので、回転部46を回転させる必要はない。従って、第1連結部材42と第2連結部材43の相対位置は固定されている。
【0040】
そして、エンドエフェクタ5の位置に基づいて、各回転モータ22’の回転角を制御装置(図示しない)により演算する。演算された回転モータ22’の回転角に基づいて各回転モータ22’が回転する。そして、各回転モータ22’の回転に伴いアーム24’が回転軸23’回りに揺動する。アーム24’の揺動により、平行リンク3を介してトラベリングプレート4が移動して、エンドエフェクタ5を所定位置に移動させる。なお、この場合、エンドエフェクタ5は常に下方側を向いた状態で移動する。
【0041】
また、エンドエフェクタ5の回転角θが0°でない場合には、その回転角θに応じて第1連結部材42と第2連結部材43の相対位置が変化する。ここで、図3において、第1連結部材42が第2連結部材43に対して左側に移動した場合は、第1及び第2ラックギヤ47,48とピニオンギヤ49を介して、回転部材46は左回りに回転する。つまり、エンドエフェクタ5の回転角θとエンドエフェクタ5の位置とに基づいて、各回転モータ22’の回転角を制御装置により演算する。そして、上述と同様に、制御装置にて演算された各回転モータ22’の回転角に基づいて、トラベリングプレート4が移動する。
【0042】
このような構成からなる四自由度パラレルロボットとしても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【0043】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態における四自由度パラレルロボットについて図面を参照して説明する。ここで、第2実施形態における四自由度パラレルロボットは、第1実施形態における四自由度パラレルロボットのトラベリングプレート4のみ相違するのでその部分についてのみ説明する。
【0044】
図5に示すように、トラベリングプレート5は、第1プレート部51と、第2プレート部52と、直動ジョイント53と、回転部材(回転部)54と、ケーブル(回転手段)55とから構成される。第1プレート部51は、2組の下端部材34が固定されている。第2プレート部52は、略三角形形状からなり、1つの角部部分に貫通孔が形成されている。そして、他の角部には、他の2組の下端部材34が固定されている。すなわち、第1プレート部51及び第2プレート部52は、ユニバーサルジョイント35を介して、各ロッド31に対して揺動回転可能となる。
【0045】
そして、直動ジョイント53は、固定レールとこの固定レール上をスライドするスライダとからなり、第1プレート部51と第2プレート部52とを連結している。具体的には、直動ジョイント53の固定レールが第1プレート部51に取り付けられ、直動ジョイント53のスライダが第2プレート部52に取り付けられる。すなわち、第1プレート部51は、第2プレート部52に対して相対平行移動可能となる。
【0046】
そして、回転部材54は、第2プレート部52の貫通孔に軸受(図示せず)を介して回転可能に軸支されている。すなわち、回転部材54は、Z軸まわりに回転可能となる。
【0047】
そして、ケーブル55は、回転部材54の外周面に巻回されており、両端側が第1プレート部51に固定されている。そして、このケーブル55は、直動ジョイント53に略平行に、所定の張力を保持した状態で配設されている。すなわち、第1プレート部51と第2プレート部52とが相対平行移動することにより、ケーブル55の摩擦力により回転部材54を回転させることができる。
【0048】
(第3実施形態)
次に、第3実施形態における四自由度パラレルロボットについて図面を参照して説明する。ここで、第3実施形態における四自由度パラレルロボットは、第1実施形態における四自由度パラレルロボットのトラベリングプレート4のみ相違するのでその部分についてのみ説明する。
【0049】
図6に示すように、トラベリングプレート6は、主要部材(第3プレート部)61と、第1連結部材(第1プレート部)62と、第2連結部材(第2プレート部)63と、第1直動ジョイント64と、第2直動ジョイント65と、回転部材(回転部)66と、第1ケーブル(回転手段)67と、第2ケーブル(回転手段)68とから構成される。
【0050】
主要部材61は、平面形状はほぼ矩形形状からなり、中央に貫通孔が形成されている。第1連結部材62及び第2連結部材63は、同一形状からなり、それぞれ2組の下端部材34が固定されている。すなわち、第1及び第2連結部材62,63は、ユニバーサルジョイント35を介して各ロッドに対して揺動回転可能となる。
【0051】
そして、第1直動ジョイント64及び第2直動ジョイント65は、固定レールとこの固定レール上をスライドするスライダとからなる。主要部材61と各連結部材62,63とを連結している。具体的には、第1直動ジョイント64の固定レールが、第1連結部材62に取り付けられ、第1直動ジョイント64のスライダが主要部材61に取り付けられている。すなわち、主要部材61は、第1連結部材62に対して相対平行移動可能となる。また、第2直動ジョイント65の固定レールが、第2連結部材63に取り付けられ、第2直動ジョイント65のスライダが主要部材61に取り付けられている。すなわち、主要部材61は、第2連結部材63に対して相対平行移動可能となる。つまり、第1連結部材62と第2連結部材63とは、直動ジョイント64,65と主要部材41とを介して相対平行移動する。
【0052】
そして、回転部材66は、主要部材61の貫通孔に軸受(図示せず)を介して回転可能に軸支されている。すなわち、回転部材66は、Z軸回りに回転可能となる。
【0053】
そして、第1ケーブル67は、回転部材54の外周面に巻回されており、両端側が第1連結部材62に固定されている。そして、第1ケーブル67は、第1直動ジョイント64に略平行に、所定の張力を保持した状態で配設されている。すなわち、主要部材61と第1連結部材62とが相対平行移動することにより、第1ケーブル67の摩擦力により回転部材64を回転させることができる。
【0054】
また、第2ケーブル68は、第1ケーブル67と同様に、回転部材54の外周面に巻回されており、両端側が第2連結部材63に固定されている。そして、第2ケーブル68は、第2直動ジョイント65に略平行に、所定の張力を保持した状態で配設されている。すなわち、主要部材61と第2連結部材63とが相対平行移動することにより、第2ケーブル67の摩擦力によっても回転部材64を回転させることができる。つまり、第1連結部材62と第2連結部材63が相対平行移動した場合に、第1及び第2ケーブル67,68により、回転部材46が回転する。
【0055】
(第4実施形態)
次に、第4実施形態における四自由度パラレルロボットについて図面を参照して説明する。ここで、第4実施形態における四自由度パラレルロボットは、第1実施形態における四自由度パラレルロボットのロッド部材3とトラベリングプレート4とが相違する。以下、相違点のみについて説明する。
【0056】
四組のロッド部材3のうち三組のロッド部材3は、一対のロッド31と、上端部材32と、ボールジョイント33と、下端部材34と、ユニバーサルジョイント35とからなる平行リンクを構成する。すなわち、この三組のロッド部材3は、第1実施形態に示したロッド部材と同様である。そして、残りの一組のロッド部材3は、一本のロッド(図示せず)と、このロッドの上端側に配設された第1ボールジョイント(図示せず)と、ロッドの下端側に配設された第2ボールジョイント36(図7に示す)とから構成される。そして、第1ボールジョイントはアーム24(図1に示す)の他端側に連結され、第2ボールジョイント36はトラベリングプレート5(図7に示す)に連結される。
【0057】
そして、トラベリングプレート7は、第2実施形態に示したトラベリングプレート5とほぼ同一である。ただし、第2プレート部52は、ロッド部材3のうち平行リンクを構成するロッド部材3の一組と、平行リンクを構成しないロッド部材3の第2ボールジョイントが連結される。
【0058】
このように構成された四自由度パラレルロボットの動作は、第1実施形態及び第2実施形態に示した動作を同様である。
【0059】
(他の実施形態)
なお、上述した実施形態において、ロッド部材3は、ロッド31の上端側にボールジョイント33を配設し、ロッド31の下端側にユニバーサルジョイント35を配設しているが、これに限られるものではない。例えば、ロッド31の上端側にユニバーサルジョイントを配設し、ロッド31の下端側にボールジョイントを配設してもよい。さらに、ロッド31の両端側にボールジョイントを配設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態における四自由度パラレルロボットを示す図である。
【図2】第1実施形態におけるトラベリングプレートを示す斜視図である。
【図3】第1実施形態におけるトラベリングプレートの模式図である。
【図4】第1実施形態の変形態様における四自由度パラレルロボットを示す図である。
【図5】第2実施形態におけるトラベリングプレートを示す斜視図である。
【図6】第3実施形態におけるトラベリングプレートを示す斜視図である。
【図7】第4実施形態におけるトラベリングプレートを示す斜視図である。
【図8】従来の四自由度パラレルロボットを示す図である。
【図9】従来のトラベリングプレートの動作状態を示す図である。
【符号の説明】
1,1’ ・・・ 基台
2,2’ ・・・ アクチュエータ
3 ・・・ ロッド部材
4,5,6,7 ・・・ トラベリングプレート
33,36 ・・・ ボールジョイント
35 ・・・ ユニバーサルジョイント
44,45,53,64,65 ・・・ 直動ジョイント
47,48 ・・・ ラックギヤ
49 ・・・ ピニオンギヤ
55,67,68 ・・・ ケーブル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a four-degree-of-freedom parallel robot.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a four-degree-of-freedom parallel robot is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-88072. This four-degree-of-freedom parallel robot is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the traveling plate 4 includes a main member 41, a pair of connecting members 42, and a pair of pivots that connect an intermediate portion of each connecting member 42 to both ends of the main member 41 so as to be rotatable about a vertical axis. 43.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-88072 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional four-degree-of-freedom parallel robot has the following problems. First, as shown in FIG. 9A, as the main member 41 is rotated, the distance between the connecting members 42 is shortened. Thus, the change in the distance between the connecting members 42 depending on the rotation angle of the main member 41 greatly changes the mechanical characteristics. A large change in mechanical properties causes a deterioration in controllability. Further, as shown in FIG. 9B, when the main member 41 is greatly rotated, the connecting member 42 may interfere. Therefore, it is necessary to limit the rotation angle of the main member (rotating part) 41 so that the connecting member 42 does not interfere. Further, the mounting direction of the four sets of rod members 3 to the traveling plate 4 must be an appropriate direction in order to avoid singularities. As a result, the degree of freedom in design is reduced. Furthermore, since the forward kinematics is not established in an analytical form except for special cases, the position angle control of the main member 41 will perform the convergence calculation of the forward kinematics, which will increase the calculation time. It causes deterioration of controllability.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, improves controllability, reduces the rotation angle limit of the rotating portion, and further allows freedom in designing the mounting direction of the rod member to the traveling plate. An object of the present invention is to provide a parallel robot with a large degree of freedom.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The four-degree-of-freedom parallel robot of the present invention includes a base, four actuators, four sets of rod members, and a traveling plate. Here, the actuator has a fixed part fixed to the base and a movable part pivotally supported by the fixed part. One end of the rod member is connected to the movable portion of each actuator via a first rotary joint that can swing and rotate. The traveling plate has a plate portion and a rotating portion. The plate portion is a member that is connected to the other end side of each rod member via a second rotary joint that can swing and rotate, and is movable in three orthogonal directions with respect to the base. The rotating part is a member that is supported by the plate part and is rotatable around a predetermined axis with respect to the base.
[0007]
And the characteristic structure of this invention is that the said plate part is provided with the 1st plate part, the 2nd plate part, and the linear motion joint, and the said rotation part was provided with the rotation means. A 1st plate part is a plate by which the other end side of two sets of rod members was connected via the 2nd rotation joint among four sets of rod members. A 2nd plate part is a plate which supports the rotation part rotatably so that the other end side of other 2 sets of rod members among 4 sets of rod members may be connected via the 2nd rotation joint. The linear motion joint is a joint in which the first plate portion and the second plate portion are coupled so as to be capable of relative translation. The rotating means is means for rotating the rotating portion around a predetermined axis by relative translation of the first plate portion and the second plate portion.
[0008]
That is, when rotating the rotating part, the first plate part and the second plate part relatively translate. Accordingly, the distance between the first plate portion and the second plate portion is always kept constant. Thereby, the following effects are produced. First, according to the present invention, the mechanical characteristics that have changed greatly as the distance between the connecting members 42 shown in FIG. As a result, controllability is improved. Furthermore, conventionally, the problem of interference of the connecting member 42 has occurred, but according to the present invention, the first plate portion and the second plate portion do not interfere with each other. As a result, the rotation angle of the rotating part due to interference is not limited. Furthermore, there are few restrictions on the mounting direction of the four rod members to the traveling plate due to singular points, and the degree of freedom in designing the mounting direction is increased. For example, the rod member can be attached in a symmetrical direction. Furthermore, since forward kinematics can be obtained in an analytical form, the calculation time is shortened, resulting in improved controllability.
[0009]
The rotating means may comprise a pinion gear disposed on the outer peripheral side of the rotating portion and a rack gear disposed on the rotating portion side of the first plate portion and meshing with the pinion gear. That is, the rotation means in this case is a rack and pinion mechanism. Thereby, while being able to transmit rotation reliably, rotation angle control of a rotation part can be performed correctly. Furthermore, the rotational speed can be freely changed by changing the gear ratio. Moreover, durability can be improved compared with the conventional structure.
[0010]
The rotating means may be a cable wound around the outer peripheral surface of the rotating portion and fixed at both ends to the first plate portion. That is, the rotating means in this case is a cable wheel mechanism. In addition, a rotation part will rotate with the frictional force of a cable and a rotation part. As described above, since the rotating portion can be rotated only by the cable, there is almost no backlash like a gear, the rotating motion of the rotating portion can be made quiet, and further, the cost can be reduced.
[0011]
The four-degree-of-freedom parallel robot of the present invention includes a base, four actuators, four sets of rod members, and a traveling plate. The characteristic configuration of the present invention is that the plate portion includes a first plate portion, a second plate portion, a third plate portion, a first linear motion joint, and a second linear motion joint. In other words, the rotating section includes rotating means. Here, a 1st plate part is a plate by which the other end side of two sets of rod members was connected via the 2nd rotation joint among four sets of rod members. A 2nd plate part is a plate with which the other end side of the other 2 sets of rod members was connected via the 2nd rotation joint among 4 sets of rod members. The third plate portion is a plate that rotatably supports the rotating portion. The first linear motion joint is a joint in which the first plate portion and the third plate portion are coupled so as to be capable of relative translation. The second linear motion joint is a joint in which the second plate portion and the third plate portion are coupled so as to be capable of relative translation. The rotating means is means for rotating the rotating portion around a predetermined axis by relative translation between the first plate portion and the third plate portion and relative translation between the second plate portion and the third plate portion. .
[0012]
That is, when rotating the rotating part, the first plate part and the second plate part relatively translate through the third plate part. Accordingly, the distance between the first plate portion and the second plate portion is always kept constant. Thereby, there exists an effect similar to the effect mentioned above. In addition, since the first plate portion and the second plate portion can be formed in the same shape, an operation balance can be achieved and controllability is further improved. Furthermore, forming the first plate portion and the second plate portion in the same shape also leads to a reduction in manufacturing cost.
[0013]
The rotating means includes a pinion gear disposed on the outer peripheral side of the rotating portion and a rack gear disposed on the rotating portion side of the first plate portion and / or the second plate portion and meshing with the pinion gear. Also good. That is, the rotation means in this case is a rack and pinion mechanism. Thereby, while being able to transmit rotation reliably, rotation angle control of a rotation part can be performed correctly. Furthermore, the rotational speed can be freely changed by changing the gear ratio. Moreover, durability can be improved compared with the conventional structure. The rack gear may be disposed on both the first plate portion and the second plate portion, or may be disposed on either the first plate portion or the second plate portion. When the rack gears are arranged on both sides, the rotation angle control can be performed more accurately.
[0014]
The rotating means includes a first cable wound around the outer peripheral surface of the rotating portion and fixed at both ends to the first plate portion, and wound at the outer peripheral surface of the rotating portion and fixed at both ends to the second plate portion. You may make it consist of a 2nd cable. That is, the rotating means in this case is a cable wheel mechanism. In addition, a rotation part will rotate with the frictional force of a cable and a rotation part. As described above, since the rotating portion can be rotated only by the cable, there is almost no backlash like a gear, the rotating motion of the rotating portion can be made quiet, and further, the cost can be reduced.
[0015]
Also mentioned above Four sets Of the rod members, at least three sets of rod members are composed of two parallel rods constituting a parallel link, and each rod is connected to an actuator on one end side and connected to a traveling plate on the other end side. Also good. Further, at least one of the first rotary joint and the second rotary joint may be a ball joint. By these, it can be ensured that the rotating part has four degrees of freedom.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments.
[0017]
(First embodiment)
FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a four-degree-of-freedom parallel robot in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the four-degree-of-freedom parallel robot includes a base 1, four sets of actuators 2, four sets of rod members 3, a traveling plate 4, and an end effector 5 (shown in FIG. 2). Have.
[0018]
The base 1 is a highly rigid metal plate or frame having a substantially rectangular planar shape, and is disposed horizontally. The four actuators 2 are composed of linear motors, and are composed of two rail portions (fixed portions) 21 and four movable elements (movable portions) 22. Each rail portion 21 extends in parallel with the horizontal direction in the horizontal direction of FIG. 1 and is fixed to the base 1 and is magnetized alternately. The mover 21 moves along the rail portion 21 below the rail portion 21 and has an electromagnetic coil inside. There are four moving elements 22, and two moving elements 22 are attached to each rail of the rail portion 21. That is, one actuator 2 means one rail 21 and one moving element 22. The actuators 2 are independently controlled by a control device (not shown).
[0019]
The four sets of rod members 3 include a pair of rods 31, an upper end member 32, a ball joint (first rotation joint) 33, a lower end member 34, and a universal joint (second rotation joint) 35. The upper end member 32 is connected and fixed to the mover (movable part) 22 of each actuator 2. The pair of rods 31 constitute parallel links arranged in parallel to each other. One end of each rod 31 is connected to an upper end member 32 through a ball joint 33 so as to be swingable and rotatable. On the other hand, the other end side of each rod 31 is connected to a lower end member 34 through a universal joint 35 so as to be swingable and rotatable. That is, the parallelogram is always formed by each rod 31, the upper end member 32, and the lower end member 34. The upper end member 32 and the lower end member 34 have the same length. The lower end member 34 is connected to the traveling plate 4.
[0020]
The traveling plate 4 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a perspective view of the traveling plate 4 as seen from the bottom surface direction. FIG. 3 is a schematic view seen from the bottom surface direction of the traveling plate 4. 2 and 3, the traveling plate 4 includes a main member 41, connecting members 42 and 43, linear motion joints 44 and 45, a rotating member (rotating portion) 46, and a rack gear (rotating portion and rotating portion). Means) 47 and 48 and a pinion gear (rotating part, rotating means) 49.
[0021]
The main member (third plate portion) 41 has a substantially rectangular shape, and a through hole is formed at the center. The connecting members 42 and 43 (the first connecting member (first plate portion) 42 and the second connecting member (second plate portion) 43) have a substantially isosceles triangular shape, and the first connecting member 42 and the second connecting member. It arrange | positions so that the base of 43 may oppose. And the lower end member 34 is being fixed to the other side of the 1st connection member 42 and the 2nd connection member 43, respectively. Specifically, two sets of lower end members 34 are attached to the two sides excluding the bottom side of the first connecting member 42, and the remaining two sets of lower end members 34 exclude the bottom side of the second connecting member 43 2. Attached to the side. That is, the first and second connecting members 42 and 43 can swing and rotate with respect to each rod 31 via the universal joint 35.
[0022]
The linear motion joints 44 and 45 include a fixed rail and a slider that slides on the fixed rail, and connects the main member 41 and the connecting members 42 and 43. Specifically, the fixed rail of the first linear motion joint 44 is attached to the lower side of the first connecting member 42 in FIG. 1, and the slider of the first linear motion joint 44 is on the upper surface side of the main member 41 in FIG. It is attached. In other words, the main member 41 can be relatively translated with respect to the first connecting member 42. Further, the fixed rail of the second linear motion joint 45 is attached to the lower side of the second connecting member 43 in FIG. 1, and the slider of the second linear motion joint 45 is attached to the upper surface side of the main member 41 in FIG. Yes. That is, the main member 41 can be relatively translated with respect to the second connecting member 43. That is, the first connecting member 42 and the second connecting member 43 are relatively translated through the linear motion joints 44 and 45 and the main member 41.
[0023]
The rotating member 46 is pivotally supported in a through hole of the main member 41 via a bearing (not shown). That is, the rotation member 46 can rotate around the Z axis (up and down in FIG. 1).
[0024]
The first rack gear 47 is fixed to the side of the first connecting member 42 facing the second connecting member 43. The second rack gear 48 is fixed to the side of the second connecting member 43 that faces the first connecting member 42. The pinion gear 49 is fixed to the outer peripheral side of the rotating member 46 and meshes with the first rack gear 47 and the second rack gear 48. That is, when the first connecting member 42 and the second connecting member 43 are relatively translated, the rotating member 46 rotates via the first and second rack gears 47 and 48 and the pinion gear 49.
[0025]
As shown in FIG. 2, the end effector 5 is fixed to the lower end side of the rotating member 46 of the traveling plate 4. The end effector 5 can be exchanged according to the application of the four-degree-of-freedom parallel robot, and control signals and power are supplied to the end effector 5 via signal lines and power lines (not shown). The signal line and the power line may be appropriately supported and suspended from the base 1, or may be disposed along any one of the arms 23 and the parallel link 3. The end effector 5 is, for example, a handling device for transferring a workpiece or supporting it at a predetermined position, or a tool of a machine tool for applying machining to the workpiece.
[0026]
Here, the direction of the lower end member 34 of the parallel link 3 attached to the traveling plate 4 is 45 °, 135 °, with reference to the longitudinal direction of the fixed rails of the linear motion joints 44, 45, as shown in FIG. The directions are 225 ° and 315 °. However, it is not restricted to these directions and can be attached in any direction.
[0027]
Next, the operation of the four-degree-of-freedom parallel robot configured as described above will be described. First, the case where the rotation angle θ of the end effector 5 is 0 ° and the end effector 5 moves in the orthogonal three-axis direction with respect to the base 1 will be described. In this case, since the end effector 5 does not rotate, it is not necessary to rotate the rotating unit 46. Accordingly, the relative positions of the first connecting member 42 and the second connecting member 43 are fixed.
[0028]
Based on the position of the end effector 5, the position of the moving element 22 is calculated by a control device (not shown). Each moving element 22 moves horizontally along the rail portion 21 based on the calculated position of the moving element 22. Then, the traveling plate 4 is moved through the parallel link 3 by the movement of each moving element 22 and the end effector 5 is moved to a predetermined position. In this case, the end effector 5 always moves while facing downward.
[0029]
When the rotation angle θ of the end effector 5 is not 0 °, the relative positions of the first connection member 42 and the second connection member 43 change according to the rotation angle θ. Here, in FIG. 3, when the first connecting member 42 moves to the left with respect to the second connecting member 43, the rotating member 46 rotates counterclockwise via the first and second rack gears 47 and 48 and the pinion gear 49. Rotate to. That is, based on the rotation angle θ of the end effector 5 and the position of the end effector 5, the position of the mover 22 is calculated by the control device. In the same manner as described above, the traveling plate 4 moves based on the position of the mover 22 calculated by the control device.
[0030]
Thus, even if the rotation angle θ of the end effector 5 is not 0 °, the first connecting member 42 and the second connecting member 43 always maintain a constant distance. As a result, the operating range of the end effector 5 is the same as in the conventional case when the rotation angle θ of the end effector 5 is 0 °, but a difference occurs as compared with the conventional case as the rotation angle θ of the end effector 5 increases. come. Specifically, in the four-degree-of-freedom parallel robot of this embodiment and the conventional four-degree-of-freedom parallel robot, the operation range becomes narrower as the rotation angle θ of the end effector 5 increases. However, the reduction amount of the operation range of the end effector 5 of the present embodiment is smaller than the reduction amount of the operation range of the conventional end effector 5.
[0031]
Furthermore, since the first connecting member 42 and the second connecting member 43 always maintain a certain distance, they do not interfere with each other. In other words, the operating range is conventionally limited by interference, but this is not necessary. The lengths of the linear motion joints 44 and 45 and the rack gears 46 and 47 can be freely adjusted. Further, as described above, the attachment direction of the lower end member 34 of the parallel link 3 attached to the traveling plate 4 can be freely selected, so that the degree of design freedom increases. Furthermore, since the forward kinematics can be obtained in an analytical form, the calculation time is shortened, and as a result, the controllability can be improved.
[0032]
In addition, since each rail part 21 of the actuator 2 consisting of a linear motor extends in the horizontal direction and is parallel to each other, the traveling plate 4 is moved along the rail part 21 as long as the rail part 21 exists. Can do. As a result, there is an effect that the moving range of the traveling plate 4 is greatly extended in the horizontal direction along the rail portion 22.
[0033]
Further, since the position of the upper end member 32 of the parallel link 3 is moved only in the horizontal direction and not moved in the vertical direction, a simple link mechanism is obtained. Therefore, the calculation processing algorithm for coordinate conversion for calculating the target position of the moving element 22 of the actuator 2 made of a linear motor from the target position of the traveling plate 4 is further simplified, and the calculation load of the control device is reduced.
[0034]
(Modification of Embodiment 1)
In the first embodiment, a linear motor is used as the actuator 2. However, the present invention is not limited to this. For example, the overall configuration of the four-degree-of-freedom parallel robot may be the configuration illustrated in FIG. Here, the configuration of the four-degree-of-freedom parallel robot shown in FIG. 4 will be described.
[0035]
The four-degree-of-freedom parallel robot shown in FIG. 4 includes a base 1 ′, four sets of actuators 2 ′, four sets of rod members 3, a traveling plate 4, and an end effector 5 (shown in FIG. 2). .
[0036]
The base 1 ′ is a highly rigid metal plate having a substantially regular octagonal plan shape, and is disposed horizontally, and the upper surface side is fixed to a frame (not shown). The four actuators 2 'are composed of a bracket (fixed part) 21', a rotary motor 22 ', a rotary shaft 23', and an arm (movable part) 24 '. The bracket 21 'is fixed at a predetermined position at a predetermined angle on the lower surface side of the base 1'. The rotation motor 22 ′ is a servo motor, is fixed to the bracket 21 ′, and is independently controlled by a control device (not shown). The rotating shaft 23 ′ is rotatably supported by the bracket 21 ′ and is rotated by driving of the rotating motor 22 ′. One end of the arm 24 ′ is connected and fixed to substantially the center of the rotation shaft 23 ′, and the other end is connected to the rod member 3. The arm 24 'swings within a predetermined angular range as the rotating shaft 23' rotates.
[0037]
The four sets of rod members 3 have the same configuration as that of the above embodiment, and include a pair of rods 31, an upper end member 32, a ball joint (first rotary joint) 33, a lower end member 34, and a universal joint (second joint). Rotary joint) 35. The upper end member 32 is connected and fixed to the other end side of the arm (movable part) 24 ′ of each actuator 2 ′. The pair of rods 31 constitute parallel links arranged in parallel to each other. One end of each rod 31 is connected to an upper end member 32 through a ball joint 33 so as to be swingable and rotatable. On the other hand, the other end side of each rod 31 is connected to a lower end member 34 through a universal joint 35 so as to be swingable and rotatable. That is, the parallelogram is always formed by each rod 31, the upper end member 32, and the lower end member 34. The upper end member 32 and the lower end member 34 have the same length. The lower end member 34 is connected to the traveling plate 4.
[0038]
And since the traveling plate 4 and the end effector 5 are the same as the said embodiment, description is abbreviate | omitted.
[0039]
Next, the operation of the four-degree-of-freedom parallel robot configured as described above will be described. First, the case where the rotation angle θ of the end effector 5 is 0 ° and the end effector 5 moves in the orthogonal three-axis direction with respect to the base 1 will be described. In this case, since the end effector 5 does not rotate, it is not necessary to rotate the rotating unit 46. Accordingly, the relative positions of the first connecting member 42 and the second connecting member 43 are fixed.
[0040]
Based on the position of the end effector 5, the rotation angle of each rotary motor 22 'is calculated by a control device (not shown). Each rotary motor 22 'rotates based on the calculated rotation angle of the rotary motor 22'. As the rotary motors 22 'rotate, the arm 24' swings around the rotary shaft 23 '. As the arm 24 'swings, the traveling plate 4 moves via the parallel link 3 to move the end effector 5 to a predetermined position. In this case, the end effector 5 always moves while facing downward.
[0041]
When the rotation angle θ of the end effector 5 is not 0 °, the relative positions of the first connection member 42 and the second connection member 43 change according to the rotation angle θ. Here, in FIG. 3, when the first connecting member 42 moves to the left with respect to the second connecting member 43, the rotating member 46 rotates counterclockwise via the first and second rack gears 47 and 48 and the pinion gear 49. Rotate to. That is, based on the rotation angle θ of the end effector 5 and the position of the end effector 5, the rotation angle of each rotation motor 22 ′ is calculated by the control device. In the same manner as described above, the traveling plate 4 moves based on the rotation angle of each rotary motor 22 ′ calculated by the control device.
[0042]
The four-degree-of-freedom parallel robot having such a configuration also has the same effect as the above embodiment.
[0043]
(Second Embodiment)
Next, a four-degree-of-freedom parallel robot in the second embodiment will be described with reference to the drawings. Here, the four-degree-of-freedom parallel robot in the second embodiment is different only in the traveling plate 4 of the four-degree-of-freedom parallel robot in the first embodiment, so only that portion will be described.
[0044]
As shown in FIG. 5, the traveling plate 5 includes a first plate portion 51, a second plate portion 52, a linear motion joint 53, a rotating member (rotating portion) 54, and a cable (rotating means) 55. Is done. Two sets of lower end members 34 are fixed to the first plate portion 51. The 2nd plate part 52 consists of a substantially triangular shape, and the through-hole is formed in one corner | angular part. And two other sets of lower end members 34 are fixed to the other corners. That is, the first plate portion 51 and the second plate portion 52 can swing and rotate with respect to each rod 31 via the universal joint 35.
[0045]
The linear motion joint 53 includes a fixed rail and a slider that slides on the fixed rail, and connects the first plate portion 51 and the second plate portion 52. Specifically, the fixed rail of the linear motion joint 53 is attached to the first plate portion 51, and the slider of the linear motion joint 53 is attached to the second plate portion 52. In other words, the first plate portion 51 can be relatively translated with respect to the second plate portion 52.
[0046]
The rotating member 54 is pivotally supported in the through hole of the second plate portion 52 through a bearing (not shown) so as to be rotatable. That is, the rotation member 54 can rotate around the Z axis.
[0047]
The cable 55 is wound around the outer peripheral surface of the rotating member 54, and both end sides are fixed to the first plate portion 51. The cable 55 is arranged substantially in parallel with the linear motion joint 53 while maintaining a predetermined tension. That is, when the first plate portion 51 and the second plate portion 52 are relatively translated, the rotating member 54 can be rotated by the frictional force of the cable 55.
[0048]
(Third embodiment)
Next, a four-degree-of-freedom parallel robot in the third embodiment will be described with reference to the drawings. Here, the four-degree-of-freedom parallel robot in the third embodiment is different only in the traveling plate 4 of the four-degree-of-freedom parallel robot in the first embodiment, so only that portion will be described.
[0049]
As shown in FIG. 6, the traveling plate 6 includes a main member (third plate portion) 61, a first connecting member (first plate portion) 62, a second connecting member (second plate portion) 63, The first linear motion joint 64, the second linear motion joint 65, a rotating member (rotating unit) 66, a first cable (rotating unit) 67, and a second cable (rotating unit) 68 are configured.
[0050]
The main member 61 has a substantially rectangular planar shape, and a through hole is formed at the center. The first connecting member 62 and the second connecting member 63 have the same shape, and two sets of lower end members 34 are fixed thereto. That is, the first and second connecting members 62 and 63 can swing and rotate with respect to each rod via the universal joint 35.
[0051]
The first linear motion joint 64 and the second linear motion joint 65 include a fixed rail and a slider that slides on the fixed rail. The main member 61 and the connecting members 62 and 63 are connected. Specifically, the fixed rail of the first linear motion joint 64 is attached to the first connecting member 62, and the slider of the first linear motion joint 64 is attached to the main member 61. That is, the main member 61 can be relatively translated with respect to the first connecting member 62. The fixed rail of the second linear motion joint 65 is attached to the second connecting member 63, and the slider of the second linear motion joint 65 is attached to the main member 61. That is, the main member 61 can move relative to the second connecting member 63. That is, the first connecting member 62 and the second connecting member 63 are relatively translated through the linear motion joints 64 and 65 and the main member 41.
[0052]
The rotating member 66 is rotatably supported in the through hole of the main member 61 via a bearing (not shown). That is, the rotation member 66 can rotate around the Z axis.
[0053]
The first cable 67 is wound around the outer peripheral surface of the rotating member 54, and both end sides are fixed to the first connecting member 62. The first cable 67 is disposed in a state where a predetermined tension is maintained substantially parallel to the first linear motion joint 64. That is, when the main member 61 and the first connecting member 62 are relatively translated, the rotating member 64 can be rotated by the frictional force of the first cable 67.
[0054]
Similarly to the first cable 67, the second cable 68 is wound around the outer peripheral surface of the rotating member 54, and both end sides are fixed to the second connecting member 63. The second cable 68 is disposed substantially in parallel with the second linear motion joint 65 while maintaining a predetermined tension. That is, when the main member 61 and the second connecting member 63 are relatively translated, the rotating member 64 can be rotated also by the frictional force of the second cable 67. That is, when the first connecting member 62 and the second connecting member 63 are relatively translated, the rotating member 46 is rotated by the first and second cables 67 and 68.
[0055]
(Fourth embodiment)
Next, a four-degree-of-freedom parallel robot in the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. Here, the four-degree-of-freedom parallel robot in the fourth embodiment is different from the rod member 3 and the traveling plate 4 of the four-degree-of-freedom parallel robot in the first embodiment. Only the differences will be described below.
[0056]
Of the four sets of rod members 3, the three sets of rod members 3 constitute a parallel link including a pair of rods 31, an upper end member 32, a ball joint 33, a lower end member 34, and a universal joint 35. That is, the three sets of rod members 3 are the same as the rod members shown in the first embodiment. The remaining set of rod members 3 is arranged on one rod (not shown), a first ball joint (not shown) disposed on the upper end side of the rod, and on the lower end side of the rod. And a second ball joint 36 (shown in FIG. 7). The first ball joint is connected to the other end of the arm 24 (shown in FIG. 1), and the second ball joint 36 is connected to the traveling plate 5 (shown in FIG. 7).
[0057]
The traveling plate 7 is almost the same as the traveling plate 5 shown in the second embodiment. However, the second plate portion 52 is connected to a pair of rod members 3 that constitute a parallel link of the rod members 3 and a second ball joint of the rod member 3 that does not constitute a parallel link.
[0058]
The operation of the four-degree-of-freedom parallel robot configured as described above is the same as that shown in the first and second embodiments.
[0059]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the rod member 3 has the ball joint 33 disposed on the upper end side of the rod 31 and the universal joint 35 disposed on the lower end side of the rod 31, but is not limited thereto. Absent. For example, a universal joint may be disposed on the upper end side of the rod 31 and a ball joint may be disposed on the lower end side of the rod 31. Further, ball joints may be disposed on both ends of the rod 31.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a four-degree-of-freedom parallel robot according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a traveling plate in the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram of a traveling plate in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a four-degree-of-freedom parallel robot according to a modification of the first embodiment.
FIG. 5 is a perspective view showing a traveling plate in the second embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing a traveling plate in a third embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing a traveling plate in a fourth embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional four-degree-of-freedom parallel robot.
FIG. 9 is a view showing an operating state of a conventional traveling plate.
[Explanation of symbols]
1,1 '... base
2, 2 '... Actuator
3 ... Rod member
4, 5, 6, 7 ... Traveling plate
33, 36 ... Ball joint
35 ・ ・ ・ Universal joint
44, 45, 53, 64, 65 ... linear motion joints
47, 48 ... Rack gear
49 ・ ・ ・ Pinion gear
55, 67, 68 ... Cable

Claims (8)

  1. 基台と、
    前記基台に固定された固定部と該固定部に枢支された可動部とを有する四つのアクチュエータと、
    一端側が各前記アクチュエータの前記可動部に揺動回転可能な第1回転ジョイントを介して連結された四組のロッド部材と、
    各前記ロッド部材の他端側に揺動回転可能な第2回転ジョイントを介して連結され前記基台に対して直交三軸方向に移動可能なプレート部と該プレート部に支持され前記基台に対して所定の軸回りに回転可能な回転部とを有するトラベリングプレートと、
    を備えた四自由度パラレルロボットにおいて、
    前記プレート部は、
    四組の前記ロッド部材のうち二組の前記ロッド部材の他端側が前記第2回転ジョイントを介して連結された第1プレート部と、
    四組の前記ロッド部材のうち他の二組の前記ロッド部材の他端側が前記第2回転ジョイントを介して連結され前記回転部を回転可能に支持する第2プレート部と、
    前記第1プレート部と前記第2プレート部とを相対平行移動可能に連結された直動ジョイントとを備えてなり、
    前記回転部は、
    前記第1プレート部と前記第2プレート部の相対平行移動により前記所定の軸回りの回転駆動を行う回転手段を備えたことを特徴とする四自由度パラレルロボット。
    The base,
    Four actuators having a fixed part fixed to the base and a movable part pivotally supported by the fixed part;
    Four sets of rod members, one end side of which is connected to the movable part of each of the actuators via a first rotary joint that can swing and rotate;
    A plate part connected to the other end of each rod member via a second rotary joint that can swing and rotate, and movable in three orthogonal directions with respect to the base, and supported by the plate part on the base A traveling plate having a rotating part rotatable around a predetermined axis;
    In a four-degree-of-freedom parallel robot with
    The plate portion is
    A first plate portion in which the other end side of two sets of the rod members among the four sets of rod members is connected via the second rotary joint;
    A second plate part that is connected to the other end side of the other two sets of rod members among the four sets of rod members via the second rotary joint and rotatably supports the rotary part;
    A linear motion joint connected to the first plate portion and the second plate portion so as to be capable of relative translation;
    The rotating part is
    A four-degree-of-freedom parallel robot, comprising: rotating means for rotating the first plate portion and the second plate portion around the predetermined axis by relative translation of the first plate portion and the second plate portion.
  2. 基台と、
    前記基台に固定された固定部と該固定部に枢支された可動部とを有する四つのアクチュエータと、
    一端側が各前記アクチュエータの前記可動部に揺動回転可能な第1回転ジョイントを介して連結された四組のロッド部材と、
    各前記ロッド部材の他端側に揺動回転可能な第2回転ジョイントを介して連結され前記基台に対して直交三軸方向に移動可能なプレート部と該プレート部に支持され前記基台に対して所定の軸回りに回転可能な回転部とを有するトラベリングプレートと、
    を備えた四自由度パラレルロボットにおいて、
    前記プレート部は、
    四組の前記ロッド部材のうち二組の前記ロッド部材の他端側が前記第2回転ジョイントを介して連結された第1プレート部と、
    四組の前記ロッド部材のうち他の二組の前記ロッド部材の他端側が前記第2回転ジョイントを介して連結された第2プレート部と、
    前記回転部を回転可能に支持する第3プレート部と、
    前記第1プレート部と前記第3プレート部とを相対平行移動可能に連結された第1直動ジョイントと、
    前記第2プレート部と前記第3プレート部とを相対平行移動可能に連結された第2直動ジョイントとを備えてなり、
    前記回転部は、
    前記第1プレート部と前記第3プレート部との相対平行移動及び前記第2プレート部と前記第3プレート部との相対平行移動により前記所定の軸回りの回転駆動を行う回転手段を備えたことを特徴とする四自由度パラレルロボット。
    The base,
    Four actuators having a fixed part fixed to the base and a movable part pivotally supported by the fixed part;
    Four sets of rod members, one end side of which is connected to the movable part of each of the actuators via a first rotary joint that can swing and rotate;
    A plate part connected to the other end of each rod member via a second rotary joint that can swing and rotate, and movable in three orthogonal directions with respect to the base, and supported by the plate part on the base A traveling plate having a rotating part rotatable around a predetermined axis;
    In a four-degree-of-freedom parallel robot with
    The plate portion is
    A first plate portion in which the other end side of two sets of the rod members among the four sets of rod members is connected via the second rotary joint;
    A second plate portion in which the other two ends of the other two sets of the rod members among the four sets of the rod members are connected via the second rotary joint;
    A third plate portion that rotatably supports the rotating portion;
    A first linear motion joint connected to the first plate portion and the third plate portion so as to be capable of relative translation;
    A second linear motion joint connected to the second plate portion and the third plate portion so as to be capable of relative translation;
    The rotating part is
    Rotating means for rotating around the predetermined axis by means of relative translation between the first plate portion and the third plate portion and relative translation between the second plate portion and the third plate portion. A four-degree-of-freedom parallel robot.
  3. 前記回転手段は、
    前記回転部の外周側に配設されたピニオンギヤと、
    前記第1プレート部の前記回転部側に配設され前記ピニオンギヤに噛合するラックギヤと、
    からなることを特徴とする請求項1記載の四自由度パラレルロボット。
    The rotating means includes
    A pinion gear disposed on the outer peripheral side of the rotating part;
    A rack gear disposed on the rotating portion side of the first plate portion and meshing with the pinion gear;
    The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 1, comprising:
  4. 前記回転手段は、
    前記回転部の外周側に配設されたピニオンギヤと、
    前記第1プレート部及び/又は前記第2プレート部の前記回転部側に配設され前記ピニオンギヤに噛合するラックギヤと、
    からなることを特徴とする請求項2記載の四自由度パラレルロボット。
    The rotating means includes
    A pinion gear disposed on the outer peripheral side of the rotating part;
    A rack gear disposed on the rotating part side of the first plate part and / or the second plate part and meshing with the pinion gear;
    The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 2, comprising:
  5. 前記回転手段は、
    前記回転部の外周面に巻回され両端側が前記第1プレート部に固定されたケーブルであることを特徴とする請求項1記載の四自由度パラレルロボット。
    The rotating means includes
    2. The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 1, wherein the four-degree-of-freedom parallel robot is a cable wound around an outer peripheral surface of the rotating portion and having both ends fixed to the first plate portion.
  6. 前記回転手段は、
    前記回転部の外周面に巻回され両端側が前記第1プレート部に固定された第1ケーブルと、
    前記回転部の外周面に巻回され両端側が前記第2プレート部に固定された第2ケーブルとからなることを特徴とする請求項2記載の四自由度パラレルロボット。
    The rotating means includes
    A first cable wound around an outer peripheral surface of the rotating portion and having both end sides fixed to the first plate portion;
    The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 2, comprising a second cable wound around an outer peripheral surface of the rotating portion and having both ends fixed to the second plate portion.
  7. 四組の前記ロッド部材のうち少なくとも三組の前記ロッド部材は平行リンクを構成する互いに平行な二本のロッドからなり、
    各前記ロッドは、一端側が前記アクチュエータに連結され他端側が前記トラベリングプレートに連結されることを特徴とする請求項1又は2に記載の四自由度パラレルロボット。
    Among the four sets of rod members, at least three sets of the rod members are composed of two parallel rods constituting a parallel link,
    3. The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 1, wherein each of the rods has one end connected to the actuator and the other end connected to the traveling plate.
  8. 少なくとも前記第1回転ジョイントと前記第2回転ジョイントのうち何れか一方は、ボールジョイントであることを特徴とする請求項1又は2に記載の四自由度パラレルロボット。The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 1, wherein at least one of the first rotary joint and the second rotary joint is a ball joint.
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